Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель

Розділ 3. Досліджуємо зв’язки між атомами, молекулами, йонами

Навколо кожного з нас — багато речовин. Є речовини, у яких містяться атоми — однакові або різні. Чимало речовин утворені молекулами. Третій тип найменших частинок, з яких складаються речовини, — йони. На відміну від атомів і молекул це заряджені частинки; одні йони мають позитивний заряд, інші — негативний. Кожна речовина йонної будови містить протилежно заряджені йони.

Як і чому сполучаються в речовинах найменші частинки різних типів, ви дізнаєтеся з матеріалу, вміщеного в цьому розділі. З’ясуємо, як впливає будова речовин на їхні фізичні властивості, а також особливості будови твердих речовин у кристалічному стані.

З’єднаймо місточками мікросвіт атомів, молекул і йонів із макросвітом речовин.

§ 31. Будова молекул простих речовин. Ковалентний зв’язок

Електрони утримуються в атомі, оскільки, маючи негативний заряд, притягуються до позитивно зарядженого атомного ядра. Атоми є незарядженими частинками, але чому тоді вони сполучаються в молекули? Як уявити і пояснити перебіг такого процесу? Наскільки міцними є «об’єднання» однакових або різних атомів?

Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте

• Чому електронні оболонки атомів кількох хімічних елементів є найстійкішими?
• Як однакові атоми сполучаються в молекули?
• Який зв’язок між атомами називають простим, подвійним, потрійним?
• Як складають електронні та графічні формули молекул?

Електронна будова атомів інертних елементів. Серед усіх простих речовин лише інертні гази — гелій, неон, аргон, криптон, ксенон, радон — складаються з окремих атомів. Протягом тривалого часу не вдавалося здійснити хімічні реакції за участю інертних газів; їхні атоми не сполучалися з атомами інших елементів. Причина хімічної пасивності цих речовин стала зрозумілою після з’ясування будови атомів.

Звернімо увагу на електронну будову атомів інертних елементів 1—3 періодів:

Два електрони в атомі Гелію заповнюють перший енергетичний рівень. Електронна оболонка атома Неону складається вже з двох заповнених рівнів: перший містить 2 електрони, а другий — 8. В атомі Аргону, крім цих рівнів, є третій, незавершений; на ньому розміщуються 8 електронів, які заповнюють 3s- і 3р-підрівні.

Атоми Криптону, Ксенону і Радону також мають на останньому (незавершеному) енергетичному рівні по 8 електронів — два електрони в s-орбіталі та шість електронів у трьох р-орбіталях.

Узявши до уваги хімічну пасивність інертних газів і електронну будову атомів інертних елементів, доходимо такого висновку: зовнішня 8-електронна оболонка для атома є вигідною і стійкою¹. Її часто називають електронним октетом².

¹ Стійкості атому Гелію надає заповнений електронами єдиний енергетичний рівень.

² Слово походить від латинського octo — вісім.

Зв’язок у молекулі Н₂. Якщо внаслідок хімічної реакції утворюються атоми Гідрогену, то вони швидко сполучаються в молекули Н₂.

Виконаймо вправу

Запишіть електронну формулу атома Гідрогену та зобразіть її графічний варіант.

В атомах Гідрогену міститься по одному електрону:

Для того щоб утворилася молекула Н₂, двом атомам Гідрогену передусім необхідно зблизитися. Зі зменшенням відстані між ними посилюватиметься притягання негативно зарядженого електрона одного атома до позитивно зарядженого ядра іншого атома. У певний момент орбіталі двох атомів сконтактують

і почнуть проникати одна в одну. Відштовхування між позитивно зарядженими ядрами атомів поступово зростатиме. У якийсь момент сили притягання та відштовхування зрівняються і атоми зупиняться:

Через утворену ділянку перекривання орбіталей електрони постійно переміщатимуться від одного атома до іншого:

Кожен атом Гідрогену отримує додатковий електрон і двоелектронну оболонку (як у атома Гелію); в обох атомів виникає спільна пара електронів.

Зв’язок між атомами, зумовлений утворенням спільних пар електронів, називають ковалентним¹ зв’язком.

¹ Слово походить від латинського префікса со (у перекладі — з, разом) і терміна «валентність».

Думаймо

Чому молекула водню складається з двох, а не більшої кількості атомів?

Ковалентний зв’язок у молекулі водню зображають двома способами: Н:Н або Η—Н. Перший запис називають електронною формулою молекули; у ньому кожен електрон позначають крапкою. Другий запис — графічна формула молекули¹. Відтепер ви знатимете, що рискою позначають спільну пару електронів двох атомів.

¹ Інша назва — структурна формула.

Утворення молекули водню з атомів можна зобразити схемою

Н· + ·Н → Н:Н.

Молекула Н₂ є достатньо стійкою; вона розпадається на атоми за температури, вищої за 2000 °С.

Зв’язок у молекулах О₂ і Ν₂. Атоми Оксигену в молекулі кисню О₂ й атоми Нітрогену в молекулі Ν₂ сполучені ковалентним зв’язком, який відрізняється від зв’язку в молекулі Н₂.

Згідно з електронною формулою атома Оксигену та її графічним варіантом

у р-орбіталях атома перебувають два неспарені електрони. Під час сполучення двох атомів Оксигену ці електрони утворюють дві спільні пари:

·Ο· + ·Ο· → О::О.

Думаймо

Виконаймо вправу

Складіть електронну формулу атома Нітрогену і зобразіть її графічний варіант. Скільки неспарених електронів у цьому атомі?

З огляду на електронну будову атома Нітрогену легко збагнути, що два таких атоми сполучаються в молекулу азоту Ν₂ внаслідок утворення трьох спільних пар електронів.

Виконаймо враву

Складіть повну електронну формулу молекули азоту.

Графічна формула молекули азоту — N≡N.

Ковалентний зв’язок, який реалізується за допомогою однієї спільної пари електронів, називають простим зв’язком. Якщо атоми мають дві спільні пари електронів, то зв’язок між ними подвійний, а якщо таких пар три — потрійний. Більшої кількості спільних пар електронів у двох сполучених атомів не буває.

Варто знати

Простий зв’язок іноді називають одинарним зв’язком.

Ковалентним зв’язком сполучені атоми в молекулах інших неметалів — хлору Сl₂, білого фосфору Р₄, сірки S₈ тощо. Необхідною умовою для утворення зв’язку цього виду є наявність у кожного з атомів одного або кількох неспарених електронів.

Візьмемо до уваги

Ковалентним зв’язком сполучаються між собою атоми переважно неметалічних елементів.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про те, електронні оболонки якого складу забезпечують стійкість атомів і як сполучені атоми в молекулах неметалів.

Думаймо

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

Перевірмо себе

1. Який зв’язок називають ковалентним? Яка особливість електронної будови атомів, між якими утворюється цей зв’язок?

2. Охарактеризуйте зв’язок у молекулі Сl₂. Назвіть орбіталі атомів Хлору, які зазнають перекривання.

3. На малюнку 82 зображено модель молекули білого фосфору Р₄. З якою кількістю атомів сполучений кожний атом у цій молекулі? Простими, подвійними чи потрійними є ковалентні зв’язки між атомами в молекулі Р₄?

Мал. 82. Модель молекули Р₄

Виконаймо вправу

4. Складіть повну і спрощену електронні формули молекули F₂ та зобразіть графічну формулу цієї молекули.

Поміркуймо

5. У молекулі кисню чи в молекулі азоту зв’язок між атомами, на вашу думку, має бути міцнішим? Правильність відповіді перевірте, відшукавши в інтернеті відомості про умови, за яких кожна молекула розпадається на атоми.

Створюймо

6.* Зобразіть графічну формулу молекули S₈, якщо кожний атом у ній сполучений з двома іншими простими ковалентними зв’язками.

Формуймо словничок

7. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

Оцінюймо свої знання

8. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.